二氧化碳裂隙爆破在水庫溢洪道出水渠開挖施工中的應用

莊才寶

（作者單位：山東省沂水縣跋山水庫管理處 276400）

一、水庫溢洪道基本情況

山東省沂水縣跋山水庫溢洪道工程位于大壩西端，由進口引渠、閘室控制段、泄槽、挑流鼻坎、尾水渠組成，全長 443m。閘室控制段由 1966年的老溢洪閘及 1998年保安全改建的新溢洪閘組成，老溢洪閘 10 孔，單孔凈寬 10.00m；新溢洪閘 6 孔，單孔凈寬10.00m；閘室總凈寬 160m。溢洪閘進口堰頂高程 171.00m，設有 16 孔弧形剛閘門，采用卷揚式弧門啟閉機，單機最大啟門力 2×225kN，設計最大泄量 13166m3/s。設有上游鋪蓋、下游護坦。

溢洪道分布地層多為硬質巖石與軟質巖石互層，軟質巖石尤其是細砂巖，暴露地表后易風化，抗沖刷能力差。溢洪道斷裂構造較發育，F2 斷層附近巖石風化劇烈，由于斷層為高傾角，巖石在斷層附近縱深方向上風化較強，破壞了巖體的整體性和穩定性，大大削弱了巖體的抗沖刷能力。建議溢洪道尾水渠開挖時做好施工地質工作，對于斷層處風化較重的巖體予以及時護砌處理。溢洪道巖體呈中等風化，斷層帶附近風化較強，近于強風化。一般圍巖分類為 II 類，斷層帶附近為 III 類。

二、工程設計要求

1998年為保安全加固時，出水渠開挖不徹底，致使泄洪時出水渠內水流紊亂，局部雍水影響出水。為改善水流條件，對現狀溢洪道的泄流能力、水面線、抗沖能力、消能防沖等進行復核。依據 1998年模型試驗情況，出水渠進行開挖疏通改造，出水渠縱向坡度為0.05。

圖1 二氧化碳冷爆破工作原理圖

三、二氧化碳裂隙爆破技術的原理及操作

1.二氧化碳冷爆破原理

二氧化碳冷爆破原理就是將二氧化碳氣體在一定的高壓下轉變為液態，通過高壓泵將液態的二氧化碳壓縮至圓柱體容器(爆破筒)內，將爆破筒插入鉆孔中固定好，連接起爆器電源，如圖1。當微電流通過高導熱棒時，產生高溫擊穿安全膜，瞬間將液態二氧化碳氣化，急劇膨脹產生高壓沖擊波致泄壓閥自動打開，利用液態二氧化碳吸熱氣化時體積急劇膨脹產生高壓，致使巖體開裂。

2.所需設備及基本操作步驟

（1）操作間設備

二氧化碳儲液罐、充裝機、充裝臺、拆裝機等。操作間的作用是充裝爆破管、存儲爆破管、發放爆破管，以及對相關設備的維修等。通過高壓泵將液態的二氧化碳壓縮至圓柱體容器(爆破筒)內，裝入安全膜、破裂片、導熱棒和密封圈，擰緊合金帽即完成了爆破前的準備工作。

（2）施工現場設備

爆破管、智能云安全發爆器、90 型風動鉆巖機。其中智能云安全發爆器是點燃爆破管內加熱器的核心設備。同時具有微差起爆實現光面爆破功能，人員閉鎖、時間閉鎖、地點閉鎖等多參數閉鎖，確保不安全就不能起爆的本質安全功能，以及與智能云通訊連接等功能。將爆破筒和起爆器及電源線攜至爆破現場，把爆破筒插入鉆孔中固定好，連接起爆器電源。

四、二氧化碳裂隙爆破優缺點分析

1.二氧化碳爆破技術的優勢

氣體比炸藥更有安全性，不屬于民爆產品，運輸、儲存和使用不需要審批；無需炸藥審批的繁瑣程序和公安部門的嚴格監管；爆破過程中無破壞性震動和短波，根據工程的實時檢測，爆破產生的振動微弱，破壞力很小，對于保護建筑物，較少沖擊地壓誘發因素等非常有力；爆速3m/s 左右，碎石一般離開爆破點 2～3m后，高度不超過1m，基本沒有破壞作用；揚塵比例降低，沒有有害物質產生，對周圍環境影響不大；二氧化碳易采購，部分裝置可重復使用；多個爆破筒可同時并聯，爆破威力大，爆破后巖石個體大；實現每次爆破全程監控爆破施工，包括人員、時間、地點、用量、巖石、爆破參數、爆破效果等；降低成本，跋山水庫溢洪道工程開挖工程節約投資80萬元。

2.二氧化碳爆破技術的劣勢

效率低，步驟過于繁瑣，每天爆炸次數有限，環節多出問題的幾率就高，如灌裝、接線、封孔等環節；利用臨空面才有效果，深基坑或臨空不好的作業面不適合；無法實現多排爆破，即造成單次爆破的爆破筒數量不宜超過兩排，超過兩排就容易卡住或炸壞爆破筒；其使用的活化器是專用的一次性用品，產量不高時也造成爆破成本高；爆破筒裝填工藝和現場施工均較復雜，對炮孔質量、噪音及安全要求較高。

五、結語

目前國內的二氧化碳爆破施工雖然已有技術突破，但需要技術改進和提升的方面還有很多。爆破產量與傳統的炸藥爆破相比差距較大，特別是在水利工程的應用中，因受周圍水環境、地質環境及居民居住環境等影響，需要認真分析施工現場情況，因地制宜為最佳■